23.03.2021 | Aktualisiert am: 12.07.2021

Mechanische Lüftungsanlagen sind ein wichtiges Element energieeffizienter und nachhaltiger Gebäude. Von entscheidender Bedeutung ist dabei ein geringer Ventilatorstromverbrauch. Im Forschungsvorhaben SLIM testen die Forschenden aktuell entsprechende Anlagen.

Semizentrale Lüftungen sorgen für gute Luftqualität. Ihre Ventilatoren verbrauchen hierfür deutlich weniger Strom als konventionelle Lüftungssysteme, was wiederum die CO2-Emissionen reduziert. Somit ermöglichen semizentrale Lüftungssysteme eine Energieeffizienzsteigerung bei der bedarfsabhängigen Belüftung von Gebäuden.

Um den Luftvolumenstrom an den Bedarf der einzelnen Räume anzupassen, wird heutzutage üblicherweise die vom Ventilator in der Lüftungszentrale aufgebaute Druckdifferenz im Kanalnetz gezielt durch Volumenstromregler gedrosselt. Dieses Vorgehen ist jedoch wenig energieeffizient. Effizienzsteigerungen können über die semizentrale Lüftung erreicht werden. Die Volumenstromregler im Kanalnetz werden in diesem Fall durch Ventilatoren ersetzt, die die Druckerhöhung dezentral in den entsprechenden Räumen aufbauen und zwar in genau der Höhe, wie es für die Luftförderung in die einzelnen Räume erforderlich ist. Damit kann die Drosselung entfallen und der Stromverbrauch je nach Nutzung um 10% bis 50% reduziert werden.

Im Vorgängerprojekt „Einsatz dezentraler Ventilatoren zur Luftförderung in zentralen RLT-Anlagen insbesondere bei Nicht-Wohngebäuden“ haben die Forschenden von 2013 bis 2018 das Konzept der semizentralen Lüftung ausgearbeitet. Unter der Leitung des Fachgebiets für Technische Gebäudeausrüstung der Universität Kassel haben sie die Einsatzbereiche und die mögliche Energieeinsparung beschrieben und das Konzept erstmalig in einem Gebäude installiert. Nun geht es in die weitere Umsetzung.

Semizentrale Lüftungen im Praxistest

Im aktuellen Forschungsvorhaben „SLIM - Semizentrale Lüftung mit dezentralen Ventilatoren und intelligentes Betriebsmonitoring“ werden die Anlagen in weiteren Gebäuden installiert und in Betrieb gesetzt. So können die Expertinnen und Experten weitere Erfahrungen zu Planung, Bau und Betrieb sammeln.

Schwerpunkt der aktuellen Arbeiten ist die Umsetzung der semizentralen Lüftung in vier Modellprojekten. Die Umrüstung zweier Bestandslüftungsanlagen (Labor- und Bürogebäude) an der Universität Kassel hin zu einer semizentralen Lüftungsanlage gehört ebenso wie der Einbau des semizentralen Lüftungssystems in den Neubau einer Grundschule der Stadt Kassel und in den Neubau eines Büro- und Hörsaalgebäudes auf dem Umweltcampus Birkenfeld dazu.

„Die Modellprojekte befinden sich in unterschiedlichen Planungsphasen. Im Gebäude Ingenieurwissenschaften I läuft aktuell die Ausführungsplanung für die Lüftungsmodernisierung. Die Umrüstung der Lüftungsanlage soll in diesem Jahr abgeschlossen werden“, erklärt Professor Jens Knissel von der Universität Kassel und Leiter des Projektes SLIM. Er ergänzt: „Es wurde eine Bestandsaufnahme durchgeführt, ein Umsetzungskonzept, inklusive Kanalnetzplanung und -berechnung erarbeitet und ein Kostenvergleich verschiedener Modernisierungsvarianten sowie eine energetische Betrachtung durchgeführt“. Einen ähnlichen Planstand hat das Neubau-Projekt „Auefeldschule Kassel“. Ende dieses Jahres soll das semizentrale System installiert werden. Im nächsten Jahr wird die Inbetriebnahme folgen. Auch hier wurde das Umsetzungskonzept gemeinsam mit dem beteiligten Lüftungsplanungsbüro erarbeitet. Die Modellprojekte „Ingenieurwissenschaften III“ und „Umweltcampus Birkenfeld“ befinden sich in der Entwurfsphase, wobei diese für das letzte gerade abgeschlossen wurde.

Beschreibung des Bildinhalts
© Universität Kassel
Werden bei semizentralen Lüftungen dezentrale Ventilatoren (rechts) statt Volumenstromregler (links) eingesetzt, können 10 bis 50 Prozent Energie eingespart werden.

In ihrem Forschungsvorhaben untersuchen die Forschenden zudem, wie die umfangreichen Messdaten zur Lüftungsanlage und dem Gebäude für ein intelligentes Betriebsmonitoring genutzt werden können. Hierauf aufbauend möchten sie die Regelungsstrategie der semizentralen Ventilatoreinheiten optimieren. Dazu führen sie aktuell Voruntersuchungen zu den in den Modellprojekten einzusetzenden Messsensoren, insbesondere den Luftqualitätssensoren, durch. Außerdem laufen methodische Untersuchungen zur automatisierten Ermittlung und Bewertung der Ventilatorbetriebspunkte.

Mit Berechnungstools den Betrieb optimieren

Die Randbedingungen für die Umsetzung der semizentralen Lüftung sind je Gebäude unterschiedlich. Entsprechend möchten die Wissenschaftler standardisierte Lösungsbausteine entwickeln, aus denen dann individuelle auf die Gebäude angepasste Lüftungskonzepte realisiert werden können. Dazu erarbeiten sie zunächst Lösungsmöglichkeiten und betrachten einzelne Umsetzungsvarianten genauer. So finden einerseits Untersuchungen und messtechnische Analysen am Lüftungsteststand der Universität Kassel statt, andererseits erfolgt eine Abbildung und Berechnung mithilfe des am Fachgebiet entwickelten Berechnungstools. Mit dem Berechnungstool können die verschiedenen Betriebszustände des Lüftungssystems abgebildet und der Energiebedarf ermittelt werden. Das Tool ist zudem wichtiges Werkzeug bei der Dimensionierung der dezentralen Ventilatoren.

Lüftungsanlagen sind flexibel einsetzbar

Überall, wo der von einer zentralen Lüftungsanlage geförderte Volumenstrom variabel und entsprechend dem jeweiligen Bedarf den unterschiedlichen Räumen eines Gebäudes zugeführt werden soll, kann die semizentrale Lüftung eingesetzt werden. Auch die Umrüstung bestehender zentraler Lüftungsanlagen zu semizentralen Systemen bietet sich an. Hier kommt besonders ein Vorteil der semizentralen Lüftung zum Tragen, nämlich die hohe Flexibilität bei Nutzungsänderungen. Wird etwa ein neuer Besprechungsraum eingerichtet, kann bei entsprechendem Kanalnetz ein angepasster dezentraler Ventilator eingebaut und der Nennvolumenstrom für diesen Bereich modifiziert werden. (kka)

Kontakt

Koordination:

Universität Kassel - Fachbereich 06 Architektur, Stadtplanung, Landschaftsplanung

Tel: +49 561 804-0

https://www.uni-kassel.de/fb06/

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.
©photo 5000 - stock.adobe.com

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